SOUSA, Luís José Silveira de. Localização de campos em branas isotrópicas e anisotrópicas em seis dimensões. 2013. 106 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-29T19:50:55Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_ljssousa.pdf: 2349787 bytes, checksum: 0cfd19f45aa8464f06fff4f4213b2802 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-11-03T19:47:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_ljssousa.pdf: 2349787 bytes, checksum: 0cfd19f45aa8464f06fff4f4213b2802 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-03T19:47:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_ljssousa.pdf: 2349787 bytes, checksum: 0cfd19f45aa8464f06fff4f4213b2802 (MD5) Previous issue date: 2013 / Nesta tese propõe-se o estudo de mundos branas isotrópicos e anisotrópicos em seis dimensões. No que concerne às branas anisotrópicas é realizada a extensão de cinco para seis dimensões de um modelo de mundo brana com solução de ondas gravitacionais estacionárias. Não há preocupação quanto ao estudo da cosmologia mas, principalmente, evidencia-se os mecanismos de localização de campos em tais cenários. Em cinco dimensões a brana é gerada por um campo do tipo fantasma, o qual não satisfaz as condições de energia. Por esta razão no modelo em seis dimensões aqui apresentado houve a preocupação de que o mesmo seja gerado por matéria normal. No contexto de branas isotrópicas algumas soluções relevantes foram obtidas. Particularmente, foi construída uma 4-brana como solução das equações de Einstein em seis dimensões, sendo que neste caso a dimensão compacta pertence à brana e deve ser considerada pequena o suficiente para que a membrana possa representar o universo visível (compactificação híbrida). Esta solução representa uma brana espessa o que generaliza modelos já presentes na literatura, como o defeito tipo corda, por exemplo. Nessa geometria foi realizada a localização dos campos escalar, vetorial e fermiônico. Ainda no contexto de branas isotrópicas foi realizada a localização do campo de Kalb-Ramond em um defeito tipo corda. No que se refere aos modelos de branas anisotrópicas propostos aqui, foi possível generalizar o modelo de cinco para seis dimensões obtendo as seguintes soluções: um modelo de brana espessa anisotrópica, o qual generaliza o modelo de brana espessa homogênea referido anteriormente; uma versão mais simples deste modelo, em que se considera uma 4-brana fina em seis dimensões e dois outros modelos de brana anisotrópica com solução de ondas estacionárias sendo um na presença de matéria não normal e um outro gerado por matéria normal, o que vem a ser o resultado principal desta tese. Nesta geometria foi possível resolver o problema da hierarquia à maneira do que se obtém em modelos do tipo Randall-Sundrum. No que concerne à localização de campos em branas anisotrópicas foram considerados os campos escalar e fermiônico na brana fina antes referida. A localização para ambos os campos foi realizada com sucesso.

O método Hidrodinâmica Suavizada de Partículas (em inglês: Smoothed Particle Hydrodynamics - SPH) foi utilizado para o desenvolvimento de um estudo numérico envolvendo descarregadores lisos e descarregadores em degraus (considerando escoamento deslizante sobre turbilhões), com paredes laterais paralelas e paredes convergentes, usando o software DualSPHysics. Muitas vezes é conveniente utilizar a construção de descarregadores com maior largura na crista, e menor largura do descarregador, para adaptação das limitações físicas locais. O estreitamento do descarregador de forma gradual até atingir a largura da seção de jusante é feito por meio de paredes laterais convergentes, que por sua vez induzem à formação de ondas estacionárias laterais, e consequentemente aumento da altura do escoamento junto às paredes. Existem poucos estudos na literatura sobre esse tema, justificando o estudo numérico desenvolvido neste trabalho. O modelo numérico foi desenvolvido com base em um modelo físico do Laboratório de Hidráulica e Recursos Hídricos do Instituto Superior Técnico, Portugal, sendo os resultados experimentais obtidos em estudos anteriores. A instalação experimental é composta por um descarregador com declividade de fundo de 26,6º, e ângulo das paredes de 0º; 9,9º e 19,3º em relação ao plano vertical. As simulações foram realizadas em duas ou três dimensões, conforme a condição de largura constante ou convergente. Os resultados foram comparados com dados experimentais em termos de alturas do escoamento na parede e no eixo do descarregador, perfis de velocidade na região não-aerada do escoamento, e largura da onda estacionária lateral. Para as simulações tridimensionais, também foram elaborados gráficos de isolinhas para a altura do escoamento, podendo-se observar a extensão das ondas estacionárias laterais conforme a condição de superfície lisa ou em degraus, e a elevação de água junto às paredes. Em geral, houve boa aproximação entre dados numéricos e experimentais, verificando-se a aplicabilidade do método SPH para simular o escoamento deslizante sobre turbilhões em estruturas em degraus, ou estruturas convencionais de paramento liso. / A numerical study using the Smoothed Particle Hydrodynamics method (SPH) was developed for smooth and stepped spillways (for skimming flow regime), with converging and non-converging sidewalls, using the software DualSPHysics. In numerous situations, it is convenient to built spillways with longer width at the crest and narrower width at the downstream end of the spillway, depending on the site constrains. The gradual narrowing of the spillway width is usually made through converging sidewalls, which induce the formation of shockwaves, leading to higher flow depths along the sidewalls. Few studies in the literature were carried out in this research topic to date, justifying the numerical study developed in this project. The numerical model was based on a physical model assembled at the Hydraulic and Water Resources Laboratory of the Instituto Superior Técnico, Portugal, using experimental data obtained in previous studies. The experimental setup was composed by a spillway with slope of 26.6º, and angles of converging sidewalls of 0º, 9.9º, and 19.3º in relation to the vertical plane. Two-dimensional or three-dimensional simulations were carried out according to the condition of constant width or converging walls. The results were compared with experimental data, related to the flow depths at the centerline and sidewall of the spillway, the velocity profiles on the non-aerated region, and the lateral standing wave width. Regarding the three-dimensional simulations, contours of the flow depth were also represented, to visualize the extent and height of the sidewall shockwaves, according to the smoothed or stepped face. In general, a good agreement was obtained between numerical and experimental results, which confirms the ability of the SHP method to simulate the skimming flow over stepped spillways, or the flow on more conventional, smooth spillway chutes.

O método Hidrodinâmica Suavizada de Partículas (em inglês: Smoothed Particle Hydrodynamics - SPH) foi utilizado para o desenvolvimento de um estudo numérico envolvendo descarregadores lisos e descarregadores em degraus (considerando escoamento deslizante sobre turbilhões), com paredes laterais paralelas e paredes convergentes, usando o software DualSPHysics. Muitas vezes é conveniente utilizar a construção de descarregadores com maior largura na crista, e menor largura do descarregador, para adaptação das limitações físicas locais. O estreitamento do descarregador de forma gradual até atingir a largura da seção de jusante é feito por meio de paredes laterais convergentes, que por sua vez induzem à formação de ondas estacionárias laterais, e consequentemente aumento da altura do escoamento junto às paredes. Existem poucos estudos na literatura sobre esse tema, justificando o estudo numérico desenvolvido neste trabalho. O modelo numérico foi desenvolvido com base em um modelo físico do Laboratório de Hidráulica e Recursos Hídricos do Instituto Superior Técnico, Portugal, sendo os resultados experimentais obtidos em estudos anteriores. A instalação experimental é composta por um descarregador com declividade de fundo de 26,6º, e ângulo das paredes de 0º; 9,9º e 19,3º em relação ao plano vertical. As simulações foram realizadas em duas ou três dimensões, conforme a condição de largura constante ou convergente. Os resultados foram comparados com dados experimentais em termos de alturas do escoamento na parede e no eixo do descarregador, perfis de velocidade na região não-aerada do escoamento, e largura da onda estacionária lateral. Para as simulações tridimensionais, também foram elaborados gráficos de isolinhas para a altura do escoamento, podendo-se observar a extensão das ondas estacionárias laterais conforme a condição de superfície lisa ou em degraus, e a elevação de água junto às paredes. Em geral, houve boa aproximação entre dados numéricos e experimentais, verificando-se a aplicabilidade do método SPH para simular o escoamento deslizante sobre turbilhões em estruturas em degraus, ou estruturas convencionais de paramento liso. / A numerical study using the Smoothed Particle Hydrodynamics method (SPH) was developed for smooth and stepped spillways (for skimming flow regime), with converging and non-converging sidewalls, using the software DualSPHysics. In numerous situations, it is convenient to built spillways with longer width at the crest and narrower width at the downstream end of the spillway, depending on the site constrains. The gradual narrowing of the spillway width is usually made through converging sidewalls, which induce the formation of shockwaves, leading to higher flow depths along the sidewalls. Few studies in the literature were carried out in this research topic to date, justifying the numerical study developed in this project. The numerical model was based on a physical model assembled at the Hydraulic and Water Resources Laboratory of the Instituto Superior Técnico, Portugal, using experimental data obtained in previous studies. The experimental setup was composed by a spillway with slope of 26.6º, and angles of converging sidewalls of 0º, 9.9º, and 19.3º in relation to the vertical plane. Two-dimensional or three-dimensional simulations were carried out according to the condition of constant width or converging walls. The results were compared with experimental data, related to the flow depths at the centerline and sidewall of the spillway, the velocity profiles on the non-aerated region, and the lateral standing wave width. Regarding the three-dimensional simulations, contours of the flow depth were also represented, to visualize the extent and height of the sidewall shockwaves, according to the smoothed or stepped face. In general, a good agreement was obtained between numerical and experimental results, which confirms the ability of the SHP method to simulate the skimming flow over stepped spillways, or the flow on more conventional, smooth spillway chutes.

CAPES / Comuns em projetos de engenharia elétrica, bobinas solenoidais com núcleo de ar e camada simples de enrolamento podem apresentar frequência de autorressonância por efeitos de onda estacionária. A compreensão e determinação destas frequências é portanto de primordial interesse para os profissionais envolvidos com estes componentes. Neste trabalho é apresentada uma teoria que visa explicar o comportamento deste componentes quando em autorressonância por onda estacionária, sendo também desenvolvida uma equação prática que pode determinar tais valores de frequência. O comportamento da impedância nestes componentes também é discutido e demonstrado, onde, baseado nesta teoria, duas novas configurações são apresentadas: uma bobina com ambos terminais abertos e uma bobina com ambos terminais aterrados. Através de uma abordagem didática, correlaciona-se o enrolamento com um tubo de ar ressonante, e explica-se o que é registrado em termos de impedância e fase em um analisador vetorial de impedâncias ao conectar em seus terminais um enrolamento que apresenta autorressonância por onda estacionária. Uma análise da transferência de energia sem fio em circuitos ressonantes magneticamente acoplados é também apresentada, onde é destacada a relação entre eficiência, transferência relativa de potência e impedância refletida em circuitos com 2 e 4 bobinas. Um sistema de transferência de energia sem fio, utilizando bobinas bifilares abertas, é proposto. O sistema possui algumas vantagens uma vez que, a bobina bifilar aberta, ao contrário de uma bobina convencional, possui uma autorressonância série. Portanto, o sistema se comporta como um circuito contendo indutor e capacitor em série. Ainda, uma vez que o circuito dispensa o uso de capacitores, possibilita-se uma menor dimensão das unidades transmissora e receptora, além de se evitar eventuais danos aos capacitores em aplicações envolvendo maiores potências. / Common in electrical engineering projects, air-core single-layer solenoid coils can present self-resonant frequencies due to stationary waves effects. The comprehension and determination of these frequencies is of primordial interest for the professionals evolved with these components. In this work, a theory that aims to explain these components behavior at standing wave self-resonance is presented, a practical equation that can determine such frequency values is also developed. The impedance behavior in these components is also discussed and demonstrated, where, based in this theory, two new configurations are presented: a coil with both terminals open and a coil with both terminals grounded. Through a didactic approach the coil and a resonant air-pipe are correlated, and it is explained what is registered in terms of impedance and phase on a vector impedance analyzer when a standing wave self-resonant coil is connected on its terminals. An analysis of the wireless energy transfer in magnetically coupled resonant circuits is also presented, being emphasized the relation between efficiency, relative power transfer and reflected impedance in 2 and 4-coils circuits. A wireless power transfer system using open bifilar coils is proposed. The proposed system has the advantages that the open bifilar coil, different from a conventional coil, has a series self-resonance. Thus, the system behaves as a series-inductor capacitor circuit. Also, since the circuit avoids capacitors, it allows a smaller transmitter and receptor units dimensions, besides avoiding eventual damages to capacitors in higher power applications.

CAPES / Comuns em projetos de engenharia elétrica, bobinas solenoidais com núcleo de ar e camada simples de enrolamento podem apresentar frequência de autorressonância por efeitos de onda estacionária. A compreensão e determinação destas frequências é portanto de primordial interesse para os profissionais envolvidos com estes componentes. Neste trabalho é apresentada uma teoria que visa explicar o comportamento deste componentes quando em autorressonância por onda estacionária, sendo também desenvolvida uma equação prática que pode determinar tais valores de frequência. O comportamento da impedância nestes componentes também é discutido e demonstrado, onde, baseado nesta teoria, duas novas configurações são apresentadas: uma bobina com ambos terminais abertos e uma bobina com ambos terminais aterrados. Através de uma abordagem didática, correlaciona-se o enrolamento com um tubo de ar ressonante, e explica-se o que é registrado em termos de impedância e fase em um analisador vetorial de impedâncias ao conectar em seus terminais um enrolamento que apresenta autorressonância por onda estacionária. Uma análise da transferência de energia sem fio em circuitos ressonantes magneticamente acoplados é também apresentada, onde é destacada a relação entre eficiência, transferência relativa de potência e impedância refletida em circuitos com 2 e 4 bobinas. Um sistema de transferência de energia sem fio, utilizando bobinas bifilares abertas, é proposto. O sistema possui algumas vantagens uma vez que, a bobina bifilar aberta, ao contrário de uma bobina convencional, possui uma autorressonância série. Portanto, o sistema se comporta como um circuito contendo indutor e capacitor em série. Ainda, uma vez que o circuito dispensa o uso de capacitores, possibilita-se uma menor dimensão das unidades transmissora e receptora, além de se evitar eventuais danos aos capacitores em aplicações envolvendo maiores potências. / Common in electrical engineering projects, air-core single-layer solenoid coils can present self-resonant frequencies due to stationary waves effects. The comprehension and determination of these frequencies is of primordial interest for the professionals evolved with these components. In this work, a theory that aims to explain these components behavior at standing wave self-resonance is presented, a practical equation that can determine such frequency values is also developed. The impedance behavior in these components is also discussed and demonstrated, where, based in this theory, two new configurations are presented: a coil with both terminals open and a coil with both terminals grounded. Through a didactic approach the coil and a resonant air-pipe are correlated, and it is explained what is registered in terms of impedance and phase on a vector impedance analyzer when a standing wave self-resonant coil is connected on its terminals. An analysis of the wireless energy transfer in magnetically coupled resonant circuits is also presented, being emphasized the relation between efficiency, relative power transfer and reflected impedance in 2 and 4-coils circuits. A wireless power transfer system using open bifilar coils is proposed. The proposed system has the advantages that the open bifilar coil, different from a conventional coil, has a series self-resonance. Thus, the system behaves as a series-inductor capacitor circuit. Also, since the circuit avoids capacitors, it allows a smaller transmitter and receptor units dimensions, besides avoiding eventual damages to capacitors in higher power applications.